1、 - 1 - 本科毕业设计 (论文 )开题报告 电气工程及自动化 污水处理系统的自动控制设计 一、课题研究意义及现状 不同于解放前四合院的天井，现在很多废水的成分越来越丰富，包含各种化学成分、生物成分等。随着城市和工业的不断发展，污水处理厂作为环保项目，是城市的重要基础设施之一。中国作为缺水国家，未来一段时间，将建设一大批污水处理厂来满足城市的水资源需求。采用成熟可靠和经济的工艺技术，实现城市和工业污水的处理。据了解， 2009 年，全国城市污水处理回用总量为 21.8 亿立方米，回用率则为 7.99%。建成再生水厂 243 座，再生水生 产能力高达 347.7 万立方米每天，再生水管道总长
2、4344 公里。目前，我国实施的城市污水处理回用优惠政策的可操作性不强，缺乏具体措施，地方政策也不明确，操作性更是不强等。因此，建设符合我国国情的污水处理自动控制系统对降低污水处理成本、改善环境和可持续发展，只有工艺技术还是远远不够的。 国外污水处理发展较早，技术相对比较成熟。中国大部分工艺技术都是从国外引进。我国的第一座大型城市污水处理厂是天津市纪庄子污水处理厂且在 1982 年动工， 1984年 4 月28 日运行成功。与国外相比，我国的污水处理自动化控制起步晚，技术落 后。七十年代主要采用热工仪表和集中巡检，八十年代主要采用分析仪表和 DCS 系统，九十年代大量引进国外技术，污水处理发展
3、迅速。比如常见的活性污泥法、 A/O 法、 A2/O 法、 AB 法、 SBR 法、 MBR法和氧化沟法等。污水处理工艺也有简单的沉淀过滤发展到生物法、物理法和化学法等等。其中， MBR 具有处理效率高，出水水质好，设备简单紧凑，占地面积小，能耗低，自动控制，管理运行简单，剩余污泥产量低等优点。但是日常维护较高，生物膜的抗性要求也比较高等缺点。 随着科技的发展，很多工业控制都字重复执行某些操作，因此自动控制技术在工 业控制中发展迅速，如从易于磨损元器件的机械控制到灵活性很强的 PLC 可编程逻辑控制技术。它是自动控制、通信技术和计算机相结合的产物，是一重专门用于工业生产过程控制的现场设备，在现
4、代工业控制系统中， PLC 适用于比如一些自动装配的模块和一系列重复生产的产品，其应用过程一般高扩进料 、操作、钻孔、切割、装配、卸货、检测、包装和传送带传送等项目 。独立的 I/O 接口使各种设备的通信成为可能。人机界面的触摸屏具有坚固耐用，节省空- 2 - 间，反应速度快，易于交流等特点，广泛用于各种行业，如银行、手机等。 本课题是基于中小型 PLC、人机 界面和 MBR 工艺，来实现污水处理自控控制系统设计。可编程逻辑控制器 PLC 可靠性高、适应性广，具有通信功能，编程方便，模块化结构等特点，广泛用于工业控制。人机界面的触觉反馈系统驱动装置，代替机械式的按钮面板，使用方便。利用实验室中
5、的 PLC、人机界面、 MBR 流程图和相关设备对小型污水处理自控控制进行仿真模拟、检测。并通过仿真结果进行改善等。 二、课题研究的主要内容和预期目标 主要内容： 1.了解污水处理 MBR 系统工艺的流程图。 2. 利用模块化设计，确认控制对象，采用 PLC 和人机界面来简单地实现污水处理的自动控制流程。 PLC 主要采用三菱的 FX2N 系列和 FX2N-4AD 特殊功能模块，变频器采用FR-A540，适用于小型的污水处理厂。 3.人机界面采用台达 Client Ver1.1编程软件，方便技术人员在短时间内了解掌握控制。组态软件采用组态王 kingview 6.52。 预期目标： 1. 掌握
6、 PLC 的使用和功能，学会使用 GPFXWIN 编程软件包。 2. 了解污水处理的基本设备及其原理，以及现阶段最需要的污水处理工艺。 3. 利用 PLC、人机界面、电动机和相关实验控制柜，完成研究课题的硬件设计和软件设计的自动控制设计 4. 实现污水处理自动化仿真，并 完成毕业设计。 三、课题研究的方法及措施 1. 根据设计要求，将 PLC 作为控制核心，采用模块化设计、编程。实验中主要运用三菱 FX2N 系列，利用 GPFXWIN 软件包编程。 MBR 工艺的污水处理方式效率高，水质高，且占地面积小，但日常维护较高。其专用膜组件则采用强度高，耐污染，易清洗的膜。 2. PLC 基本控制方法
7、：主要利用设备池中的电动机控制水的输送时间，其出水方式为出水 10min，停 1min。利用 PLC 上的方式开关控制 PLC 的运行与停止，其输入端外接开关，来模拟现场开关信号。外部接线如图 1 和图 2 所示。 - 3 - 图 1 设计基本思路 图 2 外部电路基本模块 3. PLC 控制的电机主要为调节池到膜池中的进水汞，曝气的鼓风机和抽气汞。 而且，当膜池中的水下降到膜的高度时，通过液位的感应，使进水汞自动注水。 4. 研究利用台达触摸屏按钮取代开关按钮，对各种汞进行自动控制。 通过实验室中硬件设计和软件设计的结合，对所模拟出来的污水处理系统进行仿真。 四、课题研究进度计划 第一阶段（
8、 6.7 7.8）：命题的审核，任务书的撰写，确定课题内容。 第二阶段（ 7.9 11.19）： 查 找外文原文，完成开题报告、文献综述 、外文翻译。 第三阶段（ 10.2 1.21）：通过自己的学习和老师的指导完成论文初稿。 第四阶段（ 1.22 4.20）：修改论文初稿，上交论文打印篇，准备答辩和答辩资料审查，做好答辩时用的 PPT讲稿等。 五、参考文献 1 周正立，张悦 .污水生物处理应用技术及工程实例 M.北京 :化学工业出版社，环境能源出版中心， 2006： 87 125. 2 Edward A. Laws.Aquatic pollution： an introductory tex
9、tM.Third Edition.北京：科技出版社 ,2004. 3 李瑞桂，孟凡华，孟祥廷 .PLC 在工业污水处理自动控制系统的应用 J.河北企业，2008,4： 75 76. 4 刘建勇，邹联沛 .水污染防治工程技术与实践 M.北京：化学工业出版社 ,2009,3. 5 周雹 .活性污泥工艺简明原理及设计计算 M.北京：中国建筑工业出版社， 2005. 6 陈兆波，任月明 .污水处理厂测量、自动控制与故障诊断 M.北京：化学工业出版社，2009,1： 4 5. 7 Simon Judd,Claire Judd.The MBR Book： Principles and Applicatio
10、ns of Membrane Bioreactors in Water and Wastewater TreatmentM.Elsevier Inc.2007. 8 程家迪 .适用于农村的一体化膜组合净水工艺的开发 D.安徽理工大学 ,2009. - 4 - 9 莫罹，黄霞，迪里拜尔苏里膜生物反应器处理微污染水源水德运行特性 J.中国环境科学 ,2003,23（ 2）： 196 200. 10郁汉琪 .电气控制与可编程序控制器应用技术 M.第 2 版 .江苏：东南大学出版社 ，2010,7. 11J.R.Cogdell.Foundations of Electrical EngineeringM.Second Edition.Prentice Hall Inc,1996. 12江圣辉 .中小型 PLC 在大型自来水厂的应用 J.自动化仪表 .2005.26（ 6）： 54 58. 13王彦蕊 .工业废水处理方法及发展趋势探讨 J.科技传播 .2011,6： 25,35. 14石玉波，水利部水资源司 .我国城市污水处理回用发展状况及未来趋势 N.中国水利报 ,2011（ 2011/6/23） . 15张坤明，吕谋，刘杰，李红艳 .基于 PLC 的小型污水处理设备的自动控制系统设计 N.青岛理工大学学报 ,2009,30(5)： 80 83.
